Eugen Dimitri Ionescu néven született a romániai Slatinán 1909. november 26-án, román apa és francia anya első gyermekeként. Gyermek- és ifjúkora e két nyelv, két ország vonzásában telt. 1913-ban Párizsba költöztek, majd apja 1916-ban, családját a francia fővárosban hagyva visszatért Romániába, s az első világháború forgatagában egy ideig hírt sem kaptak felőle. 1922-ben családja is követte őt Romániába, de nem kis meglepetésükre az időközben rendőrfelügyelővé avanzsált férfi elvált gyermekei anyjától, és újra megnősült. Az ifjú Eugen apjával és mostohájával élt néhány évig, míg húga anyjukkal maradt. Egy igen kemény vitát követően végleg szakított apjával, lemondva a tanulmányaihoz szükséges anyagi támogatásról, a Bukaresti Egyetem francia szakát némi anyai és rokoni segítséggel 1934-ben sikerült elvégeznie.
Irodalmi érdeklődése igen korán megmutatkozott, eleinte a francia szimbolisták hatását mutató versekkel és kritikákkal jelentkezett. A diploma megszerzése után különböző lapoknak írt cikkeket, recenziókat, s 1934-ben megjelent esszégyűjteménye is Nu (Nem) címmel. 1936-ban feleségül vette Rodica Burileanut, aki haláláig jóban-rosszban hű társa maradt. Egyetlen leányuk, Marie-France 1944-ben született, ő később irodalomtörténész, műfordító lett, és megírta apja életrajzát.
Ionesco 1938-ban ösztöndíjjal Párizsba utazott, hogy megírja A Halál a modern költészetben című disszertációját. Ez ugyan soha nem készült el, de kapcsolatba került Gabriel Marcellel, Henri Thomas-val és az Esprit folyóirat körével, s rövid romániai tartózkodás után, 1942-ben végleg Franciaországban telepedett le.
Sokáig korrektorként dolgozott, majd úgy gondolta, megtanul angolul, hogy jobban fizető álláshoz jusson. Ezzel ugyan kudarcot vallott, de a nyelvkönyvek semmitmondó és nevetséges társalgási sémái drámaírásra ihlették. Így született meg 1948-ban A kopasz énekesnő, az abszurd színház első remeke. A bohózatot először 1950-ben mutatták be egy párizsi színházban, teljesen visszhangtalanul. Az írónak azonban nem szegte kedvét a sikertelenség, mert rátalált arra a formára, az egyfelvonásosra, amelyben a lét érdektelenségét, az ember jelentéktelenségét, a kommunikáció félresiklását, az élet totális abszurditását fogalmazhatta meg.
A kopasz énekesnő után sorra születtek a hasonlóan polgárpukkasztó darabok: A lecke, A székek, Az új lakó, Az orrszarvú, A légbenjáró, Öldöklősdi, Macbett, A király halódik. 1957 februárjában a párizsi Huchette Színház műsorára tűzte A kopasz énekesnőt és A leckét, s a két darabot azóta is megszakítás nélkül játsszák.
Írt több regényt is, amelyek közül A magányos magyarul is megjelent, kritika- és esszéírói tevékenysége mellett tevékeny résztvevője volt a világ több pontján tartott irodalomelméleti konferenciáknak is. Munkásságát számos díjjal és kitüntetéssel ismerték el, 1970-ben a Francia Akadémia tagja s még ugyanebben az évben a Becsületrend lovagja is lett. A hetvenes évektől kezdve egyre gyakrabban emelte fel szavát mindenfajta elnyomás ellen, a romániai kommunista rendszer visszásságaival kapcsolatban több ízben is az Európai Közösséghez fordult.
A cukorbajjal küzdő író 1984-ben kórházba került, ahol két napig kómában feküdt. Bár ekkor még sikerült felépülnie, egészségi állapota egyre romlott, s 1994. március 28-án párizsi otthonában meghalt. A Montparnasse temetőjében helyezték örök nyugalomra, ravatalánál a rengeteg barát, ismerős és rajongó mellett I. Mihály, a száműzött utolsó román király is megjelent. Sírkövén ez olvasható: „Imádság ahhoz, akiről nem tudom, ki ő. Reményem: Jézus Krisztus.”
Ionescót 2009-ben, születésének századik évfordulóján a Román Akadémia post mortem tagjává nevezte ki. Darabjait a magyarországi színházak is gyakorta műsorukra tűzik, legutóbb 2022-ben a debreceni Csokonai Színházban vitték színre a shakespeare-i világot feje tetejére állító Makbett című vígjátékát.
